數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)課件

11.1.2

DBMS的基本功能DBMS主要是實現(xiàn)對共享數(shù)據(jù)有效的組織、管理和存取。數(shù)據(jù)庫定義數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)庫運(yùn)行管理數(shù)據(jù)組織、存儲和管理數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)其它功能通信功能，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能111.1.3

DBMS與操作系統(tǒng)DBMS是建立在OS之上的軟件系統(tǒng)，是

OS的用戶。DBMS對共享數(shù)據(jù)的組織、管理和存取

需要OS的支持。DBMS遇到創(chuàng)建和撤銷進(jìn)程、進(jìn)程通信、讀寫磁盤、分配內(nèi)存等要求時必須請求

OS服務(wù)。不同OS提供不同的服務(wù)方式，導(dǎo)致

DBMS在實現(xiàn)技術(shù)上和實現(xiàn)方法上的諸

多差異。對于同一OS，DBMS也可以由不同的實現(xiàn)選擇。211.1.4

DBMS和第四代應(yīng)用開發(fā)環(huán)境屏幕表格開發(fā)工具SQL*FORMS菜單生成SQL*MENU預(yù)編譯‘PRO’ORACLE數(shù)據(jù)通信與分布軟件LINK,SQL*STAR用戶友好接口SQL*PLUSSQL執(zhí)行程序ORACLE內(nèi)核關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)報表編寫程序SQL*REPORT圖形軟件SQL*GRAPH電子表格SQL*CALC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換ODL數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)字典311.2

DBMS的進(jìn)程結(jié)構(gòu)和多線索機(jī)制應(yīng)用程序通過DBMS，DBMS通過OS，與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)打交道。以及都必須進(jìn)入某個具體

的OS環(huán)境。11.2.1

N方案：DBMS與應(yīng)用程序相融合的方案AP1

AP2DBMS

DBMSAPiDBMSU1UiOSDB文件SGA411.2.2

2N方案：一個DBMS進(jìn)程對應(yīng)一個用戶進(jìn)程DBMSDBMSAP1

AP2

APiDBMSU1UiOSDB文件SGA511.2.3

N+1方案：一個DBMS進(jìn)程對應(yīng)所有用戶進(jìn)程DBMSAP1

AP2

APiU1UiOSDB文件SGA611.2.4

N+M方案：M個DBMS進(jìn)程對應(yīng)N個用戶進(jìn)程DBMSAP1

AP2

APiU1UiOSDB文件SGADBMS進(jìn)

程服務(wù)池711.2.5

多線索(Multi_Threaded)

DBMS的概念

一、線程的概念在OS中，將進(jìn)程的概念一分為二，Task是申請

資源的最小單位，而Thread是調(diào)度和運(yùn)行的最小單位。一個Task中可以有多個Thread，它們共享Task的所有資源，共同完成一個任務(wù)。一個Thread只能存在于某個Task中。在多處理機(jī)上，這些Thread可真正并行地執(zhí)行。多個線程運(yùn)行于同一實體(任務(wù)或進(jìn)程)，并共享該實體所擁有的所有資源。線程的基本概念就是將進(jìn)程中的程序代碼與進(jìn)程所占資源相分離，從而在一個地址空間可以運(yùn)行多個指令流。8進(jìn)程、Task與ThreadPC,PS,SPStackRegister(運(yùn)行資源)進(jìn)程控制信息存儲管理信息信號處理信息文件指針管理資源占用統(tǒng)計資源控制信息進(jìn)程控制信息存儲管理信息信號處理信息文件指針管理資源占用統(tǒng)計資源控制信息運(yùn)行資源UNIX中進(jìn)程的概念9MACH中Task與Thread概念ThreadTask二、多線索(Multi_Threaded)DBMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的“線索”概念借鑒了OS”線程”概

念的含義：整個DBMS可以看作一個Task，當(dāng)有一個用戶申請數(shù)據(jù)庫服務(wù)時，Task分配至少一個Thread為之服務(wù)，多個Thread并行工作，共享資源。一般地講，DBMS中的線索是DBMS的一個執(zhí)

行流，它服務(wù)于整個DBMS系統(tǒng)或DBMS的某個用戶；DBMS服務(wù)器相應(yīng)客戶請求是通過為每個用戶創(chuàng)建線索來完成。DBMS的各個線索能在邏輯上并行執(zhí)行，并共

存于一個進(jìn)程，共享DBMS的所有資源；線索是DBMS的調(diào)度單位，服務(wù)器進(jìn)程能按一定的調(diào)度算法調(diào)度用戶請求。10三、線索與進(jìn)程的比較線索比進(jìn)程占用較少的資源線索是程序中的一串指令流，同一進(jìn)程內(nèi)的多個線索共享該進(jìn)程內(nèi)的一切資源。因此，線索比進(jìn)程占用更少的資源，是更小的調(diào)度單位，可支持較細(xì)粒度的并行。線索調(diào)度比較靈活，可控制性強(qiáng)進(jìn)程調(diào)度是OS控制的、非智能的，DBMS無法干涉線索切換開銷較小線程共享同一地址空間4.線索間通信簡單線索可以借助全局變量名或局部變量名的指針

進(jìn)行通信。1111.3

DBMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)12DBMS程序模塊的組成

一、數(shù)據(jù)庫定義方面的程序模塊模式、外模式、存儲模式的定義模塊。安全性定義程序模塊。完整性定義程序模塊。二、數(shù)據(jù)操縱方面的程序模塊查詢處理程序模塊。數(shù)據(jù)更性程序模塊。交互式查詢程序模塊。嵌入式查詢程序模塊。三、數(shù)據(jù)庫運(yùn)行管理方面的程序模塊主要有系統(tǒng)初啟程序和安全性檢查、完整性檢

查、并發(fā)控制、事務(wù)管理、運(yùn)行日志管理等三、數(shù)據(jù)庫運(yùn)行管理方面的程序模塊。四、數(shù)據(jù)庫組織、存儲和管理方面的程序模塊有文件讀寫于維護(hù)程序、存取路徑管理和維護(hù)程序、緩沖區(qū)管理程序等五、數(shù)據(jù)庫建立、維護(hù)和其他方面的程序模塊有數(shù)據(jù)庫初始裝入程序、轉(zhuǎn)儲程序、恢復(fù)程序、數(shù)據(jù)庫重構(gòu)造程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序、通信程序

等。1311.3.2

DBMS的層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲層操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫1411.3.3

DBMS運(yùn)行過程示例系統(tǒng)緩沖區(qū)應(yīng)用程序用戶工作區(qū)(UWA)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫⑵⑶⑸⑹數(shù)據(jù)字典⑺⑻⑼⑽⑴

⑿數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)⑾1511.4語言處理16語言翻譯處理層的任務(wù)和工作步驟任務(wù)：把用戶提交的交互式命令或嵌入式語言

轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的DBMS層內(nèi)可執(zhí)行的基本存取模塊的調(diào)用序列。數(shù)據(jù)庫語言通常包括DDL、DML和DCL三部分。在RDMBS中DD通常采用和普通數(shù)據(jù)同樣的表

示方式——表。它包括關(guān)系定義表、屬性表、

視圖表、視圖屬性表、視圖表達(dá)式表、用戶表、

存取權(quán)限表等。DD是DML語句處理、執(zhí)行以及DBMS運(yùn)行管

理的基本依據(jù)。關(guān)系名別名建立者屬性個數(shù)記錄長度記錄總數(shù)屬性定義指針視圖定義指針視圖屬性指針基關(guān)系指針視圖表達(dá)式指針視圖表屬性名類型長度記錄內(nèi)偏址完整性定義指針屬性表達(dá)式指針RDBMS數(shù)據(jù)字典的部分示意圖關(guān)系定義表 屬性表屬性名基關(guān)系屬性指針屬性表達(dá)式設(shè)計用戶名口令用戶表視圖屬性表用戶名數(shù)據(jù)對象名數(shù)據(jù)對象類型操作權(quán)限存取謂詞用戶權(quán)限表視圖名表達(dá)式語法樹根指針1718詞法分析語法分析符號名轉(zhuǎn)換合法權(quán)檢查完整性檢查視圖轉(zhuǎn)換代數(shù)優(yōu)化存取路徑優(yōu)化策略描述DML語句可執(zhí)行的RDBMS內(nèi)層基本存取模塊的調(diào)用序列查詢檢查查詢分析查詢優(yōu)化數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)字典DBMS內(nèi)層基本模塊庫單元組接口多元組接口11.4.2

解釋方法解釋執(zhí)行與編譯技術(shù)11.4.3預(yù)編譯方法源模塊修改后的源模塊預(yù)編譯器數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)字典該語言的編譯器束縛(bind)目標(biāo)模塊裝載模塊連接（裝載模塊)(應(yīng)用規(guī)劃)運(yùn)行監(jiān)督器數(shù)據(jù)存儲管理器器(其它)DBDBMS內(nèi)存基本存取模塊應(yīng)用規(guī)劃DBRMSelect

…From…內(nèi)存1911.5數(shù)據(jù)存取層語言處理層：元組、關(guān)系、視圖等邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存取層：邏輯記錄、邏輯塊、邏輯存取路徑數(shù)據(jù)存儲層：邏輯記錄、塊、塊組成的系統(tǒng)緩沖區(qū)多元組接口(如SQL語句)20單元組接口存儲器接口11.5.1存取層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)記錄存取、事務(wù)管理子系統(tǒng)控制信息管理排序/合并子系統(tǒng)存取路徑維護(hù)子系統(tǒng)封鎖子系統(tǒng)日志登錄子系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲層單元數(shù)據(jù)接口2111.5.2存取層的功能子系統(tǒng)一、記錄存取、事務(wù)管理子系統(tǒng)不涉及存儲分配、存儲結(jié)構(gòu)及有關(guān)參數(shù)，只在數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)上操作，因而可以

把各種物理實現(xiàn)形態(tài)隱藏起來。二、日志登記子系統(tǒng)三、控制信息管理子系統(tǒng)

四、排序/合并子系統(tǒng)五、存取路徑維護(hù)子系統(tǒng)

六、封鎖子系統(tǒng)2211.6緩沖區(qū)管理控制信息第一頁第二頁???(操作：查找頁、申請頁、淘汰頁)???BUFFER讀(READBUF)寫(WRITEBUF)讀(OS)寫(OS)數(shù)據(jù)庫23數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)及上下接口在緩沖區(qū)中查找頁READBUF找到？NO有空頁在緩沖區(qū)中申請一頁無空頁按淘汰策略淘汰一頁從外存讀入新頁YES24緩沖區(qū)管理示意圖(讀操作)11.7數(shù)據(jù)庫物理組織25一、數(shù)據(jù)字典(DD)的組織二、數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)聯(lián)系的組織三、存取路徑的組織四、一個實際系統(tǒng)的例子ORACLE系統(tǒng)(無論大型、中型或微機(jī)版本)數(shù)據(jù)庫存儲空間有RDBMS管理數(shù)據(jù)庫在邏輯上又一個或多個分區(qū)組成分區(qū)中至少有一個系統(tǒng)分區(qū)，DD存儲在該分區(qū)

中一個分區(qū)包含一個或多個數(shù)據(jù)庫表一個表只能屬于一個分區(qū)，不能跨分區(qū)存放一個分區(qū)物理上由一個或多個物理文件組成ORACLE

DATABASE分區(qū)(partitions)物理文件(physical

files)數(shù)據(jù)庫表(database

tables)物理塊(physical

blocks)數(shù)據(jù)段(data

segment)數(shù)據(jù)區(qū)間(data

extents)索引段(indexsegment)索引區(qū)間(indexextents)1:n26Orcale數(shù)據(jù)庫組織示意圖時間印(Timestamp)下一塊的地址上一塊的地址塊頭信息(Header)行號該行長度列a標(biāo)識列a長度列a數(shù)據(jù)列b標(biāo)識列b長度列b數(shù)據(jù)備用空間(由PCTFREE參數(shù)確定)Orcale數(shù)據(jù)塊的格式27